De acordo com estimativas recentes, o sólido núcleo interno da Terra começou a se formar entre meio bilhão e um bilhão de anos atrás. No entanto, as nossas novas medições das rochas antigas à medida que arrefecem a partir do magma indicaram que pode ter começado a formar mais de meio bilião de anos antes.

Embora isto ainda seja relativamente tarde na história de quatro mil milhões e meio de anos da Terra, a implicação é que o interior profundo da Terra pode não ter sido tão quente no passado profundo como alguns têm argumentado. Isso significa que o núcleo está transferindo calor para a superfície mais lentamente do que se pensava anteriormente, e é menos provável que desempenhe um grande papel na formação da superfície da Terra através de movimentos tectônicos e vulcões.

Após a Terra se formar a partir de colisões numa enorme nuvem de material que também formou o Sol, ela foi derretida. Isto se deveu ao calor gerado pelo processo de formação e ao fato de que ele constantemente colidia com outros corpos. Mas passado algum tempo, à medida que o bombardeamento abrandou, a camada exterior arrefeceu para formar uma crosta sólida.

O núcleo interior da Terra é, hoje, uma bola de ferro sólido do tamanho de Plutão no centro do nosso planeta, rodeada por um núcleo exterior de ferro fundido ligado a algum elemento, ainda desconhecido, mais leve. Apesar da Terra ser a mais quente no seu centro (cerca de 6.000°C), o ferro líquido congela num sólido devido às altíssimas pressões aí existentes. À medida que a Terra continua a arrefecer, o núcleo interno cresce a uma taxa de cerca de 1 mm por ano por este processo de congelamento.

Conhecendo o ponto no tempo em que o centro da Terra arrefeceu o suficiente para primeiro congelar o ferro nos dá um ponto de referência fundamental para toda a história térmica do planeta.

O campo magnético da Terra é gerado pelo movimento do ferro fundido eletricamente condutor no núcleo externo. Este movimento é gerado pelos elementos de luz libertados no limite do núcleo interior à medida que este cresce. Portanto, o tempo em que o ferro foi congelado pela primeira vez também representa um ponto no tempo em que o núcleo externo recebeu uma forte fonte adicional de energia.

É a assinatura deste impulso do campo magnético – o maior aumento a longo prazo em toda a sua história – que pensamos ter observado nos registos magnéticos recuperados das rochas ígneas formadas neste momento. As partículas magnéticas destas rochas “trancam” as propriedades do campo magnético da Terra no momento e local em que arrefecem a partir do magma.

O sinal pode então ser recuperado em laboratório medindo como a magnetização da rocha muda à medida que aquece progressivamente num campo magnético controlado. A caça a esta assinatura não é uma ideia nova, mas só agora se tornou viável – uma combinação de ter quantidades crescentes de dados de medição disponíveis e novas abordagens para a sua análise.

A Terra tem mantido um campo magnético durante a maior parte da sua história através de um processo de “dínamo”. Isto é semelhante, em princípio, a um rádio com vento ou a uma lâmpada de bicicleta, em que a energia mecânica é convertida em energia eletromagnética. Antes do núcleo interno começar a solidificar, pensa-se que este “geodínamo” tenha sido alimentado por outro processo de “convecção térmica” completamente diferente e ineficiente.

Once ferro começou a congelar do líquido na base do núcleo, o restante tornou-se menos denso, proporcionando uma fonte adicional de flutuabilidade e levando a uma “convecção composicional” muito mais eficiente. Nossos resultados sugerem que essa economia de eficiência aconteceu mais cedo na história da Terra do que se pensava anteriormente, o que significa que o campo magnético teria sido mantido por mais tempo com menos energia em geral. Como a energia é maioritariamente térmica, isto implica que o núcleo como um todo é provavelmente mais frio do que teria sido se a parte interior se tivesse formado mais tarde.

Tectónica de calor e placa

Um núcleo mais frio implica um menor fluxo de calor através do limite do núcleo. Isto é importante para todas as ciências da Terra porque pode ser um dos condutores para fazer mover placas tectônicas e é também uma fonte de vulcanismo de pluma na superfície da Terra. Sabemos que estes processos são o resultado da convecção do manto produzido, em última análise, pelo fluxo de calor para fora do planeta a uma taxa que podemos medir com bastante precisão. O que ainda não sabemos é quanto desse calor perdido na superfície da Terra é proveniente do manto e quanto é do núcleo.

Aquecimento a partir do núcleo é pensado para produzir plumas bem acima do limite core-mantle, o que pode ajudar a impulsionar o fluxo dentro do manto. A sugestão das nossas descobertas é que a contribuição do núcleo para o fluxo de calor superficial é menor do que o implícito de outros estudos e que a subducção no oceano, quando uma placa tectônica passa por baixo de outra para dentro do manto, é muito mais importante na convenção de condução do manto do que o calor que sobe do núcleo.

O debate sobre a idade do núcleo interno e a evolução térmica resultante da Terra ainda não terminou. Mais dados paleomagnéticos são necessários para confirmar que o forte aumento na força do campo magnético que temos observado é realmente o maior da história do planeta. Além disso, a modelagem precisa verificar se algum outro evento poderia ter criado o fortalecimento magnético neste momento.

Não obstante, no estado atual, a teoria e a observação combinam-se para indicar que a Terra estava a dois terços da sua idade atual antes de começar a crescer um núcleo interno – o que significa que os cientistas da Terra podem ter que rever a sua compreensão da história do planeta.